Gerhard Dirmoser – Linz 12.2004 gerhard.dirmoser@energieag.at
Dank an: Josef Nemeth (+), Boris Nieslony, Astrit Schmidt-Burkhardt,
Kristóf Nyíri, Bruno Latour,
Peter Weibel, TransPublic, Walter Pamminger, Sabine
Zimmermann, Tim Otto Roth,
Walter Ebenhofer, Franz Reitinger, Steffen Bogen,
Mathias Vogel, Alois Pichler,
Lydia Haustein, Josef Lehner,
Bernhard Cella
Speziell bei der Analyse von Diagrammen mit explizit definierter Semantik kann man feststellen, daß diese Repräsentationsformen eine Zwischenstellung zwischen Text und Abbildung einnehmen. Genau bei diesen Typen macht es auch Sinn von einer Syntax zu sprechen.
Anhand verschiedenster Softwareklassen kann man zeigen, welche Aspekte so exakt beschreibbar sind, daß auch eine softwaretechnische Programmierung möglich ist.
Dabei denke ich u.a. an Software aus dem CAD-, CAM-, CIM-, GIS-, VR-Bereich.
Räumliche Abfragemöglichkeiten in einem GIS-System sind zB.:
liegt auf, liegt in, umgibt, berührt, kreuzt, schneidet, ist verbunden mit, ist adjazent mit (Vernetzungsmatrix / Vernetzungsgrad), ist nicht gesetzt, ist gesetzt
Der Zusammenhang mit den Fragen der Topologie bzw. den drei Mutterstrukturen (Bourbaki)
ist also offensichtlich gegeben.
Außerdem werden in GIS-Systemen für Cluster und Netzstrukturen folgende Analysefunktionen angeboten:
Kanten der natürlichen Nachbarn (führt zu einem Maschennetz)
Voronoi-Polygone (führt zu Zellen/Blasen auf der Basis von Äquidistanten)
Konvexe Berandung (die äußeren Knoten bilden eine Umfassungslinie für die übrigen Knoten)
Kleinstes Gerüst (Vernetzung auf in Distanz 1)
Pfad für den Handlungsreisenden (Kürzester Weg für mehrere Ziele)
Diagramm der nächsten Nachbarn (Vernetzung auf der Basis „Minimaler Spannbaum“)
Größter leerer Kreis (Suche nach Leerflächen)
Kleinster einschließender Kreis (Clusterung mittels Kreis)
Paar mit geringstem Abstand
Paar mit größtem Abstand
Cluster (Ermittlung Bereiche hoher Dichte)
Die Programmierbarkeit ist immer ein Hinweis auf eine formulierbare streng formalisierte Syntax (und damit auf eine spezialisierte Programmiersprache). Objektorientierte Programmiersprachen für GIS-Systeme unterscheiden sich dabei in einigen wichtigen Punkten von konventionellen Programmiersprachen.
Anhand der Programmiersprachen lassen sich auch Fragen der Semantik sehr „trocken“ besprechen. Streng genommen dürfte der Begriff Semantik bei Programmiersprachen (auch im Bereich der sgn. Expertensysteme!) nicht in den Mund genommen werden. Denn auch bei Schlussfolgerungsprozessen weiß die Inferenzmaschine natürlich nichts über die Semantik der prozessierten Daten (Siehe zB. Prolog o. LISP). Das gleiche gilt natürlich für jede Art der Programmierung: Streng genommen geht es immer nur um Verkettungen, Sortierungen, Vergleichsoperationen, Logische Operationen - Folgerungen, Kalkulationen, .... etc.
Der mimetische Bereich wird softwaretechnisch nach und nach erschlossen. Man denke nur an verschiedenste Kinofilm-Produktionen, die zu 100% aus dem Computer kommen, oder an verschiedenste Methoden der Mustererkennen in der Auswertung von Satellitenbildern usw.
Trotzdem sind kaum brauchbare Verfahren verfügbar um die (syntaktische oder gar semantische) Analyse bestehender Bildmaterialien zu unterstützen. Die Bildsynthese (die Simulation) auf der Basis modellierter Entitäten ist also viel weiter entwickelt als die Bildanalyse.
Programmierte „Wahrnehmungssysteme“ verfügen für sehr kleine Weltausschnitte ein Weltmodell oder können sich in der Weise „orientieren“, daß sie ohne konkretes Objektwissen das „Anstoßen“ an Realweltobjekte vermeiden.
Es sind mir aber keine Projekte bekannt, die auch nur in Ansätzen versucht hätten, das Bildanalysewissen von KunsthistorikerInnen als Expertensystem zu modellieren.
In diesem Zusammenhang ist es auch spannend darauf zu verweisen, daß jede konventionelle Datenbanktabelle oder komplexe Datenmodelle mit zB. 1000 Objektklassen (am Bsp. einer GIS-Fachschale) zu 100% in semantische Netze übersetzbar sind und damit auch als Netzstruktur visualisiert werden können. Der Sprung von tabellenartigen Repräsentationstechniken zu Netzstrukturen ist also kleiner als erwartet.
Wie kommt nun am Beispiel eines GIS-Systems die Semantik mit ins Spiel?
Grundsätzlich sind dabei verschiedene Datentypen zu unterscheiden
(D1) Rasterdaten (mimetisches Kartenmaterial inkl. Orthophoto)
(D2) Geometrische
Daten
(D3) Attributive
Daten
In der Form sgn. Fachschalen werden für Versorger/Gemeinden/Logistikunternehmen komplexe Datenmodelle angeboten. Diese Datenmodelle bestehen oft aus hunderten Objektklassen, wobei jede Klasse für konkrete Realweltobjekte steht bzw. für Prozesse und ihre (räumlichen) Einflussbereiche.
Jede Objektklasse verfügt über fachspezifische Attribute und über Geometrie(Attribute) die eine räumliche Abbildung ermöglichen. Die Geometrie steht also für Lageinformation und bei den meisten GIS-Systemen stehen darüber hinaus dynamische Toplogieregeln zur Verfügung, die „regeln“, welche Objekte zueinander in Beziehung stehen (dürfen). Sobald sich Objekte in irgendeiner Weise berühren/schneiden/überlagern stoßen die Toplogieregeln unterschiedlichste split/connect-Vorgänge an, die zu einer geregelten und toplogisch qualitätsgesicherten Struktur führen.
Jede Objektklasse (bzw. spezielle Attribute dieser Klasse) oder Gruppen von Objektklassen stehen für bestimmte Fachthemen. Die zugehörigen Geometrieattribute ermöglichen die Erstellung sgn. Themenkarten. Über die Geometrie (Punkt, Symbol, Linie, Fläche, Rasterbild, Text) nimmt jedes Objekt Gestalt an.
In den GIS-Systemen ist es üblich, daß ein und dasselbe Objekt in mehreren Welten auch unterschiedliche Gestalten haben kann (das kann auch maßstabsbezogen geregelt sein).
Neben der grundsätzlichen Gestalt (Punkt, Linie, Fläche, Schriftzug), kann über Stylingsysteme eine Feingestaltung zugeordnet werden. Beim Punkt können das zugeordnete Symbole sein, bei der Linie geht es um den Style und die Farbgebung, bei der Fläche um die Gestaltung der Umrisslinie und der Flächengestaltung (Rasterung, Farbe, Durchsichtigkeit, ...), bei Textinhalten um die Schriftart, Ausrichtung, Größe, etc.
Soferne die Symbole und die Farben eine Bedeutung haben, ist es zielführend mittels Legende die semantische Übersetzung bereit zu stellen. In manchen Bereichen kann das entfallen, da über Konventionen seit Jahren geregelt ist, wie zB. eine Mittelspannungsfreileitung auf einem Einreichplan in Erscheinung zu treten hat.
Beim GIS und bei vielen Diagrammtypen kann also von einer konventionell definierten Semantik gesprochen werden. Die Bedeutung ist verbalsprachlich über definierte Begriffe geregelt; die unterschiedlichen Ausprägungen werden zB. in Farben, Linienarten, Symbolen kodiert.
Wenn man nun an bestimmte Details auf der Landkarte denkt: so wie Hausgrundrisse, Grundstücksgrenzen, Höhenschichtlinien, Flussverläufe, Straßenverläufe, Verkehrsknotenpunkte, Bewaldungszonen ... dann ist es natürlich spannend zu überlegen, was man aus diesen räumlichen Konstellationen sonst noch herauslesen kann. Neben den explizit definierten und erfassten Attributen (inkl. der Lageinformation) ist es natürlich sinnvoll diese Objekte im jeweiligen Kontext anzudenken.
So kann zB. in Österreich die jeweilige Rechtsform des Erbrechtes aus der Größe und Form der
Grundstücke abgelesen werden.
Über die Anordnung der Hausobjekte lassen sich Siedlungsformen bestimmen. Die Dichte und Anordnung von Hausobjekten und auch die Grundstücksformen lassen oft auf topopgraphische Verhältnisse schließen. Die Besiedlungsdichte lässt Rückschlüsse auf Hochgebirgslagen und große Waldzonen zu.
Die Erreichbarkeit am Landweg und zu Wasser hatte auch immer Einfluß auf die Besiedelung und den Verlauf wichtiger Verkehrswege. Die Gebirgsformationen bzw. Faltungsstrukturen können sich in der Detailstruktur von Großansiedlungen niederschlagen (siehe dazu Studien des Faltungsspezialisten und Architekten Cache – einem Deleuze-Schüler).
Der kulturelle Austausch hängt in hohem Maße mit der Topographie und damit mit der Erreichbarkeit bzw. mit den etablierten Handelswegen zusammen.
(Siehe dazu: Philosophie-Atlas – Orte und Wege des Denkens / Elmar Holenstein – ETH Zürich).
Rohstoffvorkommen, Wasserverfügbarkeit und die Fruchtbarkeit des Bodens bestimmen im hohen Maße die politischen Landkarten. usw.
Das Wissen um die Lage und um die signifikanten Formen bzw. Konstellationen könnte zumindest als Ankerstrukturen für eine implizite Semantik verstanden werden.
Wie kommt man nun solchen signifikanten Formen auf die Spur?
Oder: was kann als Spur für ein noch unbestimmtes Phänomen gelesen werden?
Wenn wir beim Beispiel von Versorgungsinfrastrukturen bleiben, dann fällt natürlich sehr schnell auf, daß sich diese Strukturen in sehr unterschiedlicher Dichte über das Land verteilen. Man sieht, daß große Gewässer und Gebirge als nahezu unüberwindliche Hindernisse gelten. Man sieht, daß die Dichte der Infrastruktur unmittelbar mit der Bebauungsdichte zusammen hängen muß. Bei näherem Hinsehen fällt dann auf, das Hausobjekte an die Endstellen der Infrastruktur liegen. Man kann also einen kausalen Zusammenhang vermuten.
Über die Formen der Maschen und die Strukturierungstiefe der Stichleitungen kann man Überlegungen über Versorgungssicherheit bzw. Störanfälligkeit anstellen.
Lange gerade Leitungssegmente weisen (zumindest in Österreich) auf Überlandgebiete hin; kurze verwinkelte Leitungssegmente sind ein Zeichen für dicht besiedelte Gebiete.
Sehr spannend ist auch, daß die Struktur der Mittelspannungsversorgung im hohen Maße mit dem Verlauf kleinerer Gewässer (Bäche) übereinstimmt. Das hat einerseits den Grund, daß die Bewaldungsdichte in Bachtälern geringer ist und außerdem liegen nahezu alle mittelgroßen Besiedelungen im Kontext von Gewässern.
Was habe ich in dieser kurzen Analyse als Symptom oder Spur oder relevante Erscheinung aufgefasst? Ich habe die Dichte bzw. den Grad der Verteilung beobachtet (also Leerstellen oder Ballungen). Es kam der Vernetzungsgrad ins Blickfeld. Es wurde aber auch der Verlauf unterschiedlichster Strukturen verglichen, um Übereinstimmungen (bzw. Parallelverläufe) festzustellen, bzw. zu sehen, daß bestimmte Erscheinungen an bestimmten Stellen einer anderen Struktur zu liegen kommen (also Anbindungen, Verknüpfungen studiert).
Was könnte nun mit dieser impliziten Semantik gemeint sein? Ist es ein bereits vorhandenes Fachwissen, daß bei der Kartenlesung mit ins Spiel kam?
Oder sind es nur strukturelle Hinweise, die man mit anderen Mitteln erklären bzw. inhaltlich entschlüsseln kann.
Alle angeführten Verhältnisse (wie Dichte, Verteilung, Vernetzung, Parallelverläufe, ...) lassen sich programmtechnisch auswerten (sobald man einen relevanten Zusammenhang visuell „entdeckt“ hat). Die Dichtemaße, Verteilungsgrade, Vernetzungsgrade und Übereinstimmungsmaße liefern ab von sich aus kein (kausales) Erklärungsmodell.
Ein Stück würde man weiter kommen, wenn der historisch/zeitliche Verlauf der Entwicklung im Datenmaterial verfügbar wäre. Damit könnte man einige Fragen der Abhängigkeit verifizieren. Aber auch dadurch entsteht noch kein erweitertes Wissen über den faktischen Zusammenhang.
Nun müssen also die Archive/Dokumente mit ins Spiel kommen, die Auskunft darüber geben, welche Vertragsverhältnisse, welches Erbrecht, welche Zölle, welche Ressourcenlage, welche Nöte, welche Naturkatastrophen und Großbrände, welche politischen Verhältnisse zu diesen Strukturen geführt haben.
Es ist aber auch möglich Wissen aus verwandten Strukturen oder aus dem Nachbarbezirk zu übernehmen und zu überprüfen, ob es in der konkret beobachteten Zone auch so gewesen sein könnte.
Kurz zusammen gefasst: Wenn in der Karte nur Lageverhältnisse, Objektumrisse, Flussverläufe, Gebirgsumrisse eingetragen sind, dann kann ich mit keinem Trick der Welt zusätzliche Semantik hervorzaubern. Es ist jedoch möglich, mit dem Datenmaterial semantisch fundiert Theorien zu verifizieren, wenn die Umstände/Verhältnisse/Ereignisse Gestaltungsspuren hinterlassen haben, die strukturell ausdrückbar und messbar sind.
Wenn sich die Theorie auf einem Gebiet bestätigt hat, dann kann der Ansatz auch auf andere Gebiete übertragen werden. Im Grunde kann man also aus der Karte nur strukturelle Verhältnisse
herauslesen; der konkrete (semantische) Hintergrund kann in die Karte nur hineingelesen werden.
Der Begriff „implizite Semantik“ wäre hier also nicht sehr günstig gewählt. Solange in der Karte das „kulturelle Wissen“ nicht als Themenlayer ausgestaltet wurde, ist diese Inhaltlichkeit auch nicht in der Karte repräsentiert.
Der fachkundige Leser kann zT. auf diesen Themenlayer verzichten, da ihn sein Fachwissen (sein Denkmodell) in die Lage versetzt, die strukturellen Verhältnisse im Rahmen der Kartenlesung mit seinem Fachwissen zu verknüpfen. Der fachkundige Leser kann also mit abstrakteren Karten arbeiten als der Gelegenheitsleser.
Man sollte in diesem Fall auch nicht von tacit knowledge (Polanyi) sprechen, denn der Experte kann den kulturellen Zusammenhang ohne weiteres explizit formulieren.
Der Grad der inhaltlichen Lesbarkeit des Kartenwerkes hängt also stark mit dem Vorwissen des Lesers zusammen. Das sollte uns auch für andere visuelle Repräsentationsformen (zB. Abbildungen) zu denken geben.
Da in den GIS-Kartenwerken in der Regel auch Bildmaterial in der Form der Orthophotos zur Verfügung steht, möchte ich das für diese „Daten“ kurz weiter verfolgen. Die Aufnahme dieser Bilder erfolgt vom Flugzeug aus. Ähnlich wie bei der Landkarte selbst, können wir diesen Blickwinkel nur sehr selten einnehmen.
Die im Photo sichtbaren Strukturen wurden von keiner Fachkraft eingemessen und auch nicht vektorisiert. Es liegt also keine Kodierung in dem Sinne vor, daß ein Haus über eine Geometrie der Objektklasse Hausobjekt als solches eindeutig ausgewiesen wäre.
Zur Lesung des Luftbildes müssen wir also unser Realweltwissen ins Spiel bringen. Über die Dachstrukturen sind wir sehr schnell in der Lage jene Stellen zu benennen, die durch gebaute Strukturen eingenommen werden. Der Grünanteil wird ohne Schwierigkeiten mit Feldern und Gärten in Verbindung gebracht. Hecken zeigen sich durch den Verlauf zwischen zwei Hausobjekten einerseits als Hecke und andererseits als denkbarer Grenzverlauf (in der Natur).
Hellblaue rechteckige und kreisrunde Flächen sind im Kontext kleinerer Häuser als Schwimmbecken zu identifizieren.
Verkehrswege sind klar lesbar. Mit Hilfe der sichtbaren Fahrzeuge und der Markierungen kann man auch die Größe der Straße gut einschätzen. Bautechnische Rückschlüsse sind über Dachformen und Grundrissformen möglich. Große Parkplatzflächen weisen auf Gebäude von öffentlichem Interesse hin. Lagerflächen bieten Hinweise auf Firmen und Verkaufsstellen.
Kirchen sind durch die zentrale Lage, durch den speziellen Grundriß und durch den Schattenwurf des Kirchturmes sehr schnell zu identifizieren. Friedhofsanlagen sind durch die regelmäßigen Grundrisse der Gräber sehr einfach zu erkennen. usw.
Provokant formuliert: Auf den Luftbildern sehen wir genau das, was wir von der Realwelt im Allgemeinen wissen. Durch die sehr spezielle Perspektive, die mit unserer Alltagswahrnehmung schwer zur Deckung zu bringen ist, werden wir in einen Lesevorgang hineingezwungen.
Im Laufe dieser anfangs mühsamen Bildinterpretation baut sich ein Interpretationswissen auf, das jede weitere Betrachtung vereinfacht. Durch die Zuschaltung der Kataster-Vektoren werden Gebäude als solche bestätigt und Grundstücksgrenzen explizit sichtbar.
Durch die Grundstücklinien fällt nun auch auf, daß die Spuren der landwirtschaftlichen Nutzung die Grundstücksgrenzen in flächiger Form sehr gut wiedergeben.
Mit der Zuschaltung der Leitungsdaten kann man nun auch einen Blick für die Positionierung der Dachständer entwickeln.
Das Wissen über gängige Einfamilienhäuser lässt uns Terrassen und Sonnenschirme erkennen.
Regelmäßige Strukturen auf Schrägdächern werden nach einigen Überlegungen als Sonnenkollektoren identifizierbar.
Befestigte und unbefestigte Straßen erkennen wir an der Qualität der Straßenbegrenzung.
In jeder Hinsicht handelt es sich dabei um eine wissensbasierte Bildinterpretation. In der Bildbetrachtung bringen wir unser modellhaftes Wissen zur Anwendung. Wir erkennen bestimmte flächige Muster/Komplexe als ein typisches Haus (in Draufsicht) wieder. Im Kontext des Hauses können wir andere helle Flächen als Hauszufahrt und Parkplatz lesen bzw. benennen. Das Wissen über Schattenstrukturen hilft uns die Dachform zu bestimmen.
Unser Materialwissen hilft uns Ziegeldächer und Wellblechdächer zu erkennen.
So gesehen ist also jede Bild-Betrachtung und jede Diagramm-Lesung als wissensbasierte Bildinterpretation aufzufassen.
